仙峰村隧道围岩爆破施工工艺及钻爆分析

王 强

(中铁十八局集团第一工程有限公司，河北 涿州 072750)

爆破施工即利用爆破炸药炸开质地坚硬的岩石区，是隧道工程的常用施工技术。普通的爆破难以保证爆破面的平整，容易造成超欠挖问题。对此，可采用光面爆破施工技术，这种钻爆技术虽然可科学设置爆破周边眼、爆破量等相关参数，先使爆破沿着周边眼形成一个规则的裂缝，从而使爆破后形成符合设计要求的平顺轮廓面，减少超欠挖的问题[1]，但是这种爆破技术对钻眼的要求非常高。基于此，本工程充分考虑工程场地不同级别围岩的实际特征，设计不同的炮眼设置方案，从而有效提升光面爆破的整体施工效果。

1 工程概况

仙峰村隧道位于新建的兴国到泉州铁路的宁化—泉州段，属于闽西南地区，总线路长度为298.87 km，在线路XQNQ-6标段里遍布较多的隧道工程，共计9条隧道，均为单线隧道。仙峰村隧道也在其中，隧道为单车道，隧道断面5 m×6 m，隧道围岩包括Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级以及Ⅴ级围岩。

从工程地质情况来看，隧址区上为第四系全新统坡残积(Q4de+el)粉质黏土，本工程主要为地质坚硬的侏罗系上统下统南园群鹅宅组(Je2)凝灰熔岩，侏罗系上级围岩地区则是非爆破开挖施工。

上统下统南园群长林组(Jc)砂岩，三叠系下统溪口组(Tx)砂灰岩、局部夹灰岩，晚侏罗世(J3N)花岗岩，其中地层多成不整合接触关系，个别地区岩体破碎(图1)。结合工程地质的实际情况以及不同围岩的特征，本工程的Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级围岩的钻爆施工均采用光面爆破，其中Ⅲ级、Ⅳ级围岩均采用台阶法开挖，Ⅱ级围岩采用全断面法开挖，Ⅴ级围岩地区则是非爆破开挖施工。

图1 仙峰村地质剖面图

2 隧道围岩钻爆施工

2.1 光面爆破施工

Ⅳ级围岩的钻爆施工采用的是光面爆破施工。根据设计的相关参数放样布眼，通过红油漆标出开挖面的轮廓以及中线位置和各炮眼位置，再钻孔施工，按照设计的各炮眼位置及尺寸进行钻孔，误差在3～5 cm以内。钻孔结束后需要将设计好的药量装入到炮孔之中，装药前先通过高压风管将炮眼清理吹干净，之后从上到下装药，并以至少30 cm的炮泥封堵炮眼[2]。检验各炮眼都装好药之后，将起爆网络连接，确保每个炮眼中雷管连接的次数均为相同的，引爆雷管用黑胶布包裹好，检查网络连接没有问题后，进行引爆，完成光面爆破施工，具体施工流程见图2。钻爆施工的关键在于炮眼位置、尺寸、药量等爆破参数的确定，光面爆破施工前采用理论计算、现场试爆及工程类比三者结合确定爆破参数，以下就针对不同围岩作重点探讨。

图2 光面爆破施工流程

2.2 Ⅳ级围岩钻爆

2.2.1 炮眼直径及深度

2.2.2 炮眼布置

1) 掏 槽 眼

掏槽眼在光面爆破中的作用是使围岩形成一个空腔，为后续的爆破提供一个平顺的临空面。掏槽眼宽为4 m，排距在0.6 m。掏槽眼采用斜眼掏槽的形式，此种方式钻孔容易掌握，易于扩孔(图3)。

图3 复式斜眼掏槽眼布置(单位：cm)

2) 周 边 眼

周边眼的布置需要沿着开挖轮廓，炮孔间距E按照公式计算如下：E=(10～18)d，d取42 m，所以取值范围在420～756 mm，因Ⅳ级围岩较软弱，可取适中的E为500 mm。

周边炮眼密集系数m和最小抵抗线W的理论算式：m=E/W，通常情况下E

3) 内 圈 眼

对于内圈眼间距和排距不能小于周边眼最小抵抗线，工程周边眼最小抵抗线为80 cm，内圈眼间距设置为100 cm，排距设置为80 cm。

4) 崩 落 眼

Ⅳ级围岩工程崩落眼的间距设置为120 cm，排距设置为100 cm，炮眼布置如图4所示。图中炮眼旁的数字为雷管段数，同一连接线上的雷管段数相同，周边眼采用传爆线传爆，为间隔装药，其余炮眼为连续装药，各炮眼装药完成后应堵塞炮泥，各炮眼采用非电毫秒雷管，并联方式连接，起爆采用电雷管。图4中序号1～6为起爆顺序。

图4 Ⅳ级围岩炮眼布置图(单位：cm)

2.2.3 装 药 量

掏槽眼的装药量在满足装药长度需求的基础上，尽可能多放药，从而达到理想的掏槽效果，工程Ⅰ级、Ⅱ级掏槽眼的单孔装药量分别为1.53，1.2 kg。周边眼装药量是结合炮眼的间距、装药集中度、最小抵抗线来考虑[4]，本工程Ⅳ级围岩的光面爆破集中度为0.15 kg/m，即每1 m长的周边眼爆破孔单眼装入0.15 kg的药量，2.5 m深的周边眼，装药为0.375 kg。内圈眼采用的是弱松动爆破控制，对于内圈眼部分的装药量要考虑围岩坚硬情况、炸药的单耗量、炮眼的长度[5]，以及内圈眼所布置的炮眼数、排距等，计算公式为

q=τ·γ·L

(1)

式(1)中：q为内圈眼单孔装药量，kg；τ为装药系数，Ⅳ级围岩的τ取值为0.5；γ为每1 m药卷所含的炸药质量，kg/m,L为炮孔的深度，m。

2.2.4 装 药

除了周边眼采用的是空气柱间隔装药[6]，其他均为常规的连续装药结构，周边眼的装药结构如图5所示。装药完成后，通过炮泥将爆炸孔封堵，对于周边眼的封堵深度要在30 cm以上。

图5 周边眼装药结构示意图(单位：cm)

2.3 Ⅲ级围岩钻爆

2.3.1 炮眼布置

掏槽眼开口为4 m，排距为0.6 m，最小抵抗线为70 cm。周边眼的炮孔间距为60 cm，采用导爆索串联药卷，并间隔装药[7]。内圈眼的间距设置为80 cm、排距设计为80 cm。崩落眼布置和内圈眼基本相同，采用环向布置，间距为100 cm，排距为100 cm，炮孔布置如图6所示。图6中序号1～6为起爆顺序。

图6 Ⅲ级围岩炮眼布置(单位：cm)

2.3.2 装 药 量

Ⅲ级围岩钻爆的装药量计算方法与Ⅳ级围岩相同，但是一些涉及围岩硬度情况的系数会有差异，Ⅲ级围岩受岩层情况影响的系数会略大于Ⅳ级围岩[8]。工程Ⅲ级围岩的爆破装药集中度取0.15 kg/m，3 m深的Ⅲ级围岩爆破周边眼的装药量即为0.45 kg。内圈眼的装药量为1.32 kg，崩落眼的装药量为2.16 kg。除了周边眼采用的是空气柱间隔装药之外，其他均为常规的连续装药结构，装药完成后，全部通过炮泥将爆炸孔封堵，周边眼的封堵深度要在30 cm以上。

2.4 Ⅱ级围岩钻爆施工

Ⅱ级围岩的质地坚硬，采用全断面法。炮眼的深度要比前两个围岩爆破更深，选择3.5 m，炮眼的直径也是42 mm。因为Ⅱ级围岩采用的是全断面法，断面比较大，所以起爆的孔数会比较多，起爆网络的连接也更加繁琐。采用的是上下掏槽，掏槽眼的开口均宽约3 m，排距为0.6 m。周边眼布置沿着隧道的轮廓，间距为55 cm，最小抵抗线为60 cm。内圈眼的间距为80 cm，排距为80 cm，崩落眼环向布置，间距为100 cm，排距为80 cm。装药量计算方法和上述方法相同，炮眼布置见图7。图7中序号1～6为起爆顺序。

图7 Ⅱ级围岩炮眼布置(全断面法)(单位:cm)

2.5 装药结构与堵塞

采用人工木制炮棍装药，正向和连续装药结构，炮眼剩余部分用炮泥堵塞。当炮眼深度小于0.6 m时，禁止装药爆破。若遇特殊情况，确需浅眼爆破，需安全总监批准。当炮眼深度为0.6～1 m时，封泥长度至少为1/2炮眼深度，炮泥用量至少1个；当炮眼深度为1～2.5 m时，封泥长度至少为0.5 m，炮泥用量至少为2个；当炮眼深度大于2.5 m时，封泥长度至少为1 m,炮泥用量至少为3个。

3 质量控制措施和施工效果

3.1 质量控制措施

为确保隧道围岩爆破质量安全，控制超欠挖及确保围岩稳定，需采取以下控制措施：对周边眼的装药结构进行调整，尽量采取分段间隔装药；将周边眼炮孔齐爆个数控制在8～10个；利用孔内外微差对其余炮孔的齐爆药量进行控制；因光面爆破对炮眼要求高，难度大，需严格把关布眼，钻孔，装药到爆破网络连接等工序，专人负责；需根据周边眼分布配置拆卸方便的简易拼装钻孔台架；炮眼深度严格按设计进行施钻，装药前将孔内杂物用水冲净，光面孔按要求铺设在同一布孔面上，钻孔误差不大于1°；起爆网络连接需由专人负责，需特别做好对孔外雷管及滞后起爆网络的保护，避免先爆的飞片对后面网络造成损坏；装药、连线完成并检验合格，人机撤离后，最后引爆。

3.2 施工效果

仙峰村隧道工程通过采用以上钻爆施工技术，超欠挖经利用洞室断面测量仪进行检测，得出爆破后的围岩面平整圆顺且无欠挖，整体性好的坚硬岩石大于80%，中硬岩石大于70%，软岩大于50%,满足炮孔痕迹保留率要求，爆破后围岩面无明显的裂缝和无粉碎岩石及浮石，炮眼利用率达到92%。各项子工序以及整项爆破指标均检查合格，在工期内完成了施工，在超欠挖方面均得到了理想的控制效果，保证了施工质量，其间未出现安全事故及质量问题，有效完成了爆破施工任务。

4 结 语

综上，隧道工程为避免超欠挖问题，可采用光面爆破施工，能够得到较为平顺的临空面。工程案例以光面爆破为核心，针对台阶法、全断面法，以及不同围岩的实际情况分别制定了针对性的围岩爆破施工方法，对于Ⅳ级围岩，考虑到此类围岩比较软弱，周边眼按照10～18 d的取值范围，选择适中的50 cm周边孔间距，内圈眼间距为100 cm，崩落眼间距120 cm。装药量方面，崩落眼的装药量要略大于内圈眼和周边眼。对于Ⅲ级围岩要比Ⅳ级围岩适当拉近炮眼间距，如内圈眼间距为80 cm，崩落眼间距为100 cm，即针对不同类型围岩设计炮眼进行爆破施工。施工结果显示，本工程满足炮孔痕迹保留率要求，爆破后围岩面无明显的裂缝和无粉碎岩石及浮石，验收质量合格，取得了显著的施工效果，可为类似工程积累经验。